[发明专利]一种用于沙土喷施治沙浆液模拟装置的模拟方法

权利要求书

1.一种用于沙土喷施治沙浆液模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括模拟装置和模拟方法，所述模拟装置包括土样箱(12)和固定设置在主体框架(1)上的模拟器、辅助模拟装置和控制装置；

所述模拟器包括水箱(22)、伺服电机(20)、蠕动泵(17)和喷淋管(7)，所述伺服电机(20)与蠕动泵(17)传动连接，所述水箱(22)上设置有出水管(31)，所述出水管(31)与蠕动泵(17)的进水口连通，所述喷淋管(7)的一端与蠕动泵(17)的出水口连通，且另一端设置有喷淋头(10)，所述喷淋管(7)上设置有电磁阀(8)；

所述辅助模拟装置包括排风换气扇(2)、全光谱植物生长灯(3)、变频空调(13)和亚克力板(9)，所述排风换气扇(2)和变频空调(13)均设置在主体框架(1)的上端，所述全光谱植物生长灯(33)设置在喷淋头(10)的上方，所述亚克力板(9)固定连接在主体框架(1)上；

所述控制装置包括温湿度传感器(4)、二氧化碳浓度检测器(5)、光照强度传感器(6)、电子涡轮流量计(21)、配电箱(11)和触控屏(18)，所述温湿度传感器(4)、二氧化碳浓度检测器(5)、光照强度传感器(6)均设置在全光谱植物生长灯(3)的一侧，所述电子涡轮流量计(21)设置在出水管(31)上，所述配电箱(11)内设置有PLC控制器，所述伺服电机(20)、电磁阀(8)、变频空调(13)、温湿度传感器(4)、二氧化碳浓度检测器(5)、光照强度传感器(6)、电子涡轮流量计(21)和触控屏(18)均与PLC控制器电性连接；

所述土样箱(12)包括架体(30)，所述架体(30)上设置有土样托盘(24)，所述土样托盘(24)设置在喷淋头(10)的下方，所述土样托盘(24)的一侧通过电缸(29)与架体(30)连接，且所述电缸(29)的两端分别与土样托盘(24)和架体(30)铰接，所述土样托盘(24)的另一侧设置有雨量箱(26)，所述雨量箱(26)的上端设置有无纺过滤布(25)，所述电缸(29)与PLC控制器电性连接，所述架体(30)和雨量箱(26)的底部均设置有若干便于挪动的万向轮(27)；

所述主体框架(1)上固定设置有竖直的直线导轨(16)，所述直线导轨(16)上活动设置有滑块(15)，所述喷淋头(10)固定设置在滑块(15)上，所述滑块(15)传动连接有同步带(14)，所述同步带(14)的传动轮上设置有编码器(19)，所述编码器(19)与PLC控制器电连接；

所述水箱(22)包括两个分别装有清水和浆液的箱体(33)，两个所述箱体(33)内的水管与出水管(31)交汇导通，且交汇处设置有换向阀(32)，两个所述箱体(33)的底部均设置有排水管道(34)，所述排水管道(34)上设置有排水阀；

所述触控屏(18)上显示有浆液喷洒模块和降雨模拟模块，所述浆液喷洒模块包括浆液喷施参数设定模块、土样参数设定模块和土体胶结厚度参数模块，所述降雨模拟模块包括降雨参数设定模块、土样参数设定模块和辅助参数模块；

所述模拟方法包括以下步骤：

S1.将触控屏(18)设定成浆液喷洒模式，换向阀(32)将装有浆液的箱体(33)与出水管(31)连通；

S2.在土样箱(12)中配置好土样(28)，并设置两组相同土体高度的土样箱(12)；

S3.通过触控屏(18)输入土样(28)的类型，土样(28)的类型包括粉砂、细砂、中砂或粗砂，设置浆液喷洒高度H₁的范围为1.5-2.0m、浆液泵量Q₁的范围为0-13L/min、浆液泵压P₁的范围为0-0.2MPa、浆液喷洒频率K₁的范围为0-1600次/min和土样箱(12)中土样(28)的倾斜角度为0-45°；

S4.两组土样箱(12)同时开始浆液喷洒实验，一组喷施浆液，另一组不喷施浆液；

S5.控制喷淋头(10)的浆液泵量Q₁为1L/min的条件下，一定时间T₁后，分析喷施浆液的土样箱(12)内的土体胶结厚度h，其满足关系式：h＝A×K₁×H₁×P₁；其中A为与胶结土体的类型、浆液黏度、浆液的流变性指标有关的常数；

S6.在一定时间T₂后，浆液胶结土样箱(12)内的土样(28)后，利用触控屏(18)设置降雨模拟模式，切换换向阀(32)将装有清水的箱体(33)与出水管(31)连通；

S7.在触控屏(18)上设置降雨量g、雨压P₂的范围为0-0.2MPa、降雨频率K₂的范围为0-1600次/min、降雨高度H₂的范围为1.5-2.0m，将干燥的无纺过滤布(25)称重器重量为g₁；

S8.两组土样箱(12)同时开始降雨模拟实验，在设定降雨量g结束后，观测两组土样箱(12)的雨量箱(26)中的水位，得到各自过滤后降雨重量g₄；

S9.分别将两组土样箱(12)内的无纺过滤布(25)称重g₂，晒干后称重g₃，减去干燥的无纺过滤布(25)重量g₁，分别得到冲刷携带泥沙的重量为g₃-g₁，无纺过滤布(25)上液体的重量g₂-g₃，从而得到土体中雨水赋存的重量g-(g₂-g₃)-g₄；

S10.在两组经过降雨模拟实验侵蚀过后的土样箱(12)中的土样(28)上均种植相同的草本植物种子；

S11.控制两组土样箱(12)中的温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度的试验参数；

S12.观察两组土样箱(12)中植被的恢复情况；

S13.试验结束后，通过水箱(22)底部的排水管道(34)将浆液和清水排出，并对箱体(33)进行冲刷，便于下次使用。

2.根据权利要求1所述的用于沙土 喷施治沙浆液模拟装置的模拟方法，其特征在于，所述治沙浆液的黏度设置为15-30P之间，所述治沙浆液是由羟乙基纤维素羧甲基纤维素钠复合水溶液、聚丙烯酰胺聚丙烯酸钠复合水溶液和氯化钾溶液在室温条件下按比例混合的0.45-1.25％有机高分子聚合物溶液，其制备方法包括以下步骤：

S1.预先配制1-2.5％浓度羟乙基纤维素羧甲基纤维素钠复合水溶液；

S2.再预溶0.2-0.5％浓度聚丙烯酰胺聚丙烯酸钠复合水溶液；

S3.再加入0.3-0.5％氯化钾水溶液，得到喷施治沙浆液。